燃料电池系统及其热管理方法与流程

本公开涉及燃料电池系统及其热管理方法。

背景技术：

1、燃料电池系统可以使用燃料电池堆产生电能。例如，当氢用作燃料电池堆的燃料时，燃料电池堆可以替代解决全球环境问题，因此燃料电池系统的研发已经持续进行。

2、燃料电池系统可包括产生电能的燃料电池堆、向燃料电池堆供应燃料(氢)的燃料供应装置、向燃料电池堆供应作为电化学反应所需的氧化剂的空气中的氧的空气供应装置、以及将燃料电池堆的反应热移除到系统外部、控制燃料电池堆的操作温度并执行水管理功能的热管理系统(tms)。

3、tms是允许用作冷却水的防冻剂循环到燃料电池堆以维持适当温度(例如，60℃到70℃)的冷却装置类型，并且可包括tms管路、储存冷却水的贮存器、允许冷却水循环的泵、去除包含在冷却水中的离子的离子过滤器和将冷却水的热量排放到外部的散热器。此外，tms可以包括对冷却水进行加热的加热器、使用冷却水对包括燃料电池系统的装置(例如，车辆)的内部进行加热或冷却的空调单元(例如，加热器)等。tms可以将车辆的部件以及燃料电池堆保持在适当的温度。

技术实现思路

1、本公开旨在解决现有技术中出现的上述问题，同时保持现有技术所实现的优点完整。

2、燃料电池系统的热管理与燃料电池的稳定性直接相关。特别地，当冷却水在燃料电池的冷启动期间没有被充分解冻或加热时，燃料电池系统可能遇到失控状态。通常，为了确保冷启动性，燃料电池系统使用将防冻剂用作冷却水的方法、通过加热器加热冷却水的方法等。

3、本公开的一方面提供了燃料电池系统及其热管理方法，当燃料电池启动时，该燃料电池系统可更有效地控制穿过一个控制阀的冷却水的流动路径。

4、本公开所要解决的技术问题不限于上述问题，并且本公开所属领域的技术人员从以下描述中将清楚地理解本文未提及的任何其它技术问题。

5、根据本公开的一方面，一种燃料电池系统包括：燃料电池堆；控制阀，所述控制阀控制冷却水流向包括所述燃料电池堆和散热器的第一冷却管路以及不同于所述第一冷却管路的旁通管路中的至少一个；加热器，所述加热器增加所述冷却水的温度；离子过滤器，所述离子过滤器去除包含在所述冷却水中的离子；以及控制器，所述控制器基于外部空气温度和所述燃料电池堆的入口处的冷却水的温度来确定燃料电池的启动方法，并且当所述启动方法为冷启动时，基于穿过所述控制阀的冷却水的温度和穿过包括所述离子过滤器并连接到所述第一冷却管路和所述旁通管路的第一连接管路的冷却水的温度，来确定所述控制阀的开度和所述加热器的操作。

6、根据一个实施方式，当所述外部空气温度小于或等于第一温度并且所述燃料电池堆的所述入口处的冷却水的温度小于或等于第二温度时，所述控制器可以将所述启动方法确定为所述冷启动。

7、根据一个实施方式，当穿过所述控制阀的冷却水的温度小于阈值温度并且穿过所述第一连接管路的冷却水的温度小于所述阈值温度时，所述控制器可以将所述控制阀的所述开度控制到第一范围，控制所述冷却水流向第一路径，并且开启所述加热器。

8、根据一个实施方式，所述第一路径可以包括所述第一连接管路、包含所述加热器的第二连接管路和所述旁通管路，并且可以不包括所述第一冷却管路。

9、根据一个实施方式，当穿过所述控制阀的冷却水的温度大于或等于阈值温度或者穿过所述第一连接管路的冷却水的温度大于或等于所述阈值温度时，所述控制器可以关闭所述加热器，将所述控制阀的所述开度控制到第二范围，并且控制所述冷却水流向第二路径。

10、根据一个实施方式，所述第二路径包括所述第一连接管路和所述第一冷却管路，并且可以不包括包含所述加热器的第二连接管路。

11、根据一个实施方式，所述控制器可以操作所述燃料电池堆。

12、根据一个实施方式，所述离子过滤器和所述控制阀可以包括获得所述冷却水的温度的温度传感器。

13、根据本公开的另一方面，一种燃料电池系统的热管理方法包括以下步骤：基于外部空气温度和燃料电池堆的入口处的冷却水的温度来确定燃料电池的启动方法；以及当所述启动方法为冷启动时，基于穿过控制阀的冷却水的温度和穿过包括离子过滤器并连接到第一冷却管路和旁通管路的第一连接管路的冷却水的温度来确定所述控制阀的开度和加热器的操作，所述加热器增加所述冷却水的温度，所述离子过滤器去除包含在所述冷却水中的离子，其中，所述控制阀控制所述冷却水流向包括所述燃料电池堆和散热器的所述第一冷却管路以及不同于所述第一冷却管路的所述旁通管路中的至少一个。

14、根据一个实施方式，基于外部空气温度和燃料电池堆的入口处的冷却水的温度来确定燃料电池的启动方法可以包括以下步骤：当所述外部空气温度小于或等于第一温度并且所述燃料电池堆的所述入口处的冷却水的温度小于或等于第二温度时，将所述启动方法确定为所述冷启动。

15、根据一个实施方式，确定所述控制阀的开度和加热器的操作可以包括以下步骤：将穿过所述控制阀的冷却水的温度和穿过所述第一连接管路的冷却水的温度与阈值温度进行比较；当穿过所述控制阀的冷却水的温度小于所述阈值温度并且穿过所述第一连接管路的冷却水的温度小于所述阈值温度时，将所述控制阀的所述开度控制到第一范围，控制所述冷却水流向第一路径，并且开启所述加热器；以及当穿过所述控制阀的冷却水的温度大于或等于所述阈值温度或者穿过所述第一连接管路的冷却水的温度大于或等于所述阈值温度时，关闭所述加热器，将所述控制阀的所述开度控制到第二范围，并且控制所述冷却水流向第二路径。

技术特征：

1.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制器响应于确定所述外部空气温度小于或等于第一温度并且所述燃料电池堆的所述入口处的冷却水的温度小于或等于第二温度而将所述启动方法确定为所述冷启动。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，当穿过所述控制阀的冷却水的温度小于阈值温度并且穿过所述第一连接管路的冷却水的温度小于所述阈值温度时，所述控制器将所述控制阀的所述开度控制到第一范围，控制所述冷却水流向第一路径，并且开启所述加热器。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，所述第一路径包括所述第一连接管路、包含所述加热器的第二连接管路和所述旁通管路，并且不包括所述第一冷却管路。

5.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，响应于确定穿过所述控制阀的冷却水的温度大于或等于阈值温度或者穿过所述第一连接管路的冷却水的温度大于或等于所述阈值温度，所述控制器关闭所述加热器，将所述控制阀的所述开度控制到第二范围，并且控制所述冷却水流向第二路径。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述第二路径包括所述第一连接管路和所述第一冷却管路，并且不包括包含所述加热器的第二连接管路。

7.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述控制器操作所述燃料电池堆。

8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述离子过滤器和所述控制阀包括被配置为获得所述冷却水的温度的温度传感器。

9.一种燃料电池系统的热管理方法，所述热管理方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的热管理方法，其中，基于所述外部空气温度和所述燃料电池堆的所述入口处的冷却水的温度来确定所述燃料电池的启动方法的步骤包括以下步骤：当所述外部空气温度小于或等于第一温度并且所述燃料电池堆的所述入口处的冷却水的温度小于或等于第二温度时，将所述启动方法确定为所述冷启动。

11.根据权利要求9所述的热管理方法，其中，确定所述控制阀的开度和所述加热器的操作的步骤包括以下步骤：

技术总结
本公开涉及燃料电池系统及其热管理方法。燃料电池系统包括：燃料电池堆；阀，其控制冷却水流向包括燃料电池堆和散热器的冷却管路以及不同于冷却管路的旁通管路中的至少一个；加热器，其增加冷却水的温度；离子过滤器，其去除冷却水中的离子；以及控制器，其基于外部空气温度和燃料电池堆的入口处的冷却水的温度来确定燃料电池的启动方法，并且当启动方法为冷启动时，基于穿过阀的冷却水的温度和穿过包括离子过滤器并连接到冷却管路和旁通管路的连接管路的冷却水的温度来确定阀的开度和加热器的操作。

技术研发人员：元钟普,林蕙秀,崔诚景
受保护的技术使用者：现代摩比斯株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25